ZIM-Projekte

An die Oberflächentechnik werden von den Verbrauchern immer höhere Anforderungen gestellt und umweltfreundliche Alternativen gefordert. Deshalb nehmen wir am Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie teil.

Unter dem Kennzeichen 150257 wird das Projekt „Entwicklung eines Fluorierungs-Reaktors unter dem Gesichtspunkt einer umweltgerechten, optimierten und sicherheitgerichteten Prozessführung (FLUOROX)“ gefördert.

Die „Kunststoff-Sulfonierung für galvanische Prozesse (KUSO3) als Eratz für Chrom-VI-Anwendungen“ (Förderkennzeichen 170757) ist ein weiteres ZIM-Projekt an dem wir arbeiten.

Entwicklung eines Fluorierungs-Reaktors unter dem Gesichtspunkt einer umweltgerechten, optimierten und sicherheitgerichteten Prozessführung (FLUOROX)

Kennzeichen 150257

Wie feststellten fest, dass es eine Vielzahl von Herstellern gibt. Für unsere Anforderungen gab es nur die Möglichkeit eine trocken-laufenden Pumpe einzusetzen. Damit reduzierte sich die Anzahl der potentiellen Lieferanten (3 – 5) deutlich. Wir konnten einen Hersteller qualifizieren, damit die Pumpe geeignet ist für das Pumpen/Evakuieren von Fluorgemischen, wo auch die gasförmige HF-Menge eine wesentliche Rolle (als Ergebnis der Reaktionen mit F2 entsteht ca. 25% HF) spielt. Erste Versuche zeichneten sich als sehr positiv ab. Zusätzlich sind wir der Verfügbarkeit im internationalen Markt nachgegangen und haben mit unserer Auswahl das Kriterium erfüllen können! Das Verfahren auch International anbieten zu können ist damit auch gegeben.

Die Konzepte sind auf der Basis von Materialverfügbarkeit, Fertigungsrealisierung, Abdichtungsverhalten zu Beginn der Evakuierung untersucht worden. Hierbei haben wir die Leistungsfähigkeit der Vakuumpumpen und das benötigte Endvakuum von ca. 1 mbara mit einbezogen. Es zeigte sich zum einen, dass es bezogen auf die Beschaffungskosten eine leistungsfähige Vakuumpumpe deutliche Vorteile bringt. Was heißt eine stärkere Pumpe ist hier sehr vorteilhaft, da sie beim Erreichen des Endvakuums die Toleranzen ausgleicht und auch für den Langzeitbetrieb dies tun wird.

Für die Findung des richtigen Dichtungskonzeptes haben wir mehrere Wege beschritten und verschiedene Dichtungsgeometrien für eine Realisierung getestet. Folgende Varianten haben wir für uns als wichtig angesehen und im Detail untersucht.

Die Belastung

Das Beladungskonzept mit der extremen Vielfältigkeit an Produkten, die auf dem Markt zur Verfügung stehen oder besser gesagt aus dem Markt zur Anfrage kommen hat es recht schwierig gemacht ein einfaches System zu designen. Wir stellten fest, dass die wichtigsten Volumen, die zum fluorieren geliefert würden zwischen 0,25l bis 5l sind. Behälter von 10l bis 20l seltener gefragt sind. Mit diesen minimalen Informationen sind wir auf eine Beladungsvariante gekommen, die zum einen die Grundfläche einer EURO Palette haben muss, aber auch den Anlieferungsgebinden/Anlieferungseinheiten entsprechen muss. Als Beladevolumen ist Vakuumkammer vier Stellflächen realisiert worden. Bezogen auf die Höhe gab es nur die Möglichkeit zwei Liefergebinde übereinander zu laden, da hiermit noch zuverlässig die Be- und Entladung realisierbar wurde. Was für uns bedeutete vier Stellflächen (Euro Paletten mit Gestellen, die jeweils 15 Schubladen/Körbe aufnehmen zu konzipieren. Über ein selbstgeschriebenes Programm lässt sich die Beladung der kundenspezifischen Behälter sehr gut für das Beladesystem berechnen. Die Ladeoptimierung damit leicht gemacht.

Temperatureintragskonzepte mit unterschiedliche Wärmequellen

Ein wichtiger Punkt ist beim Steuern des Temperaturprofils zu Berücksichtigen. Es werden im wesentlichen Kunststoffe mit dem Verfahren behandelt. Es ist sehr sensibel auf den Schmelzindexe beim Temperieren reagieren um die Geometrien, der z.B. Blasgeformten Produkte nicht zu schädigen. Die Reaktionen mit dem Fluor sollten in verschiedenen Temperaturbereichen erfolgen. Es bleibt natürlich ausgesprochen wichtig für verschiedene Materialen und Packungsdichten, die Kennwerte für das Zeit und Temperaturprofile. Zu Beginn haben wir erst einmal die maximale zu realisierte Heizungsenergie in den Strömungskanal eingebracht. Zusätzlich sind wir davon ausgegangen auch die Prozesstemperatur über ein Kühlsystem (Wassergemisch) zu bremsen und stabilisieren. Etwas in Bezug der Rohrleitungsmaterialien/Kühlschlange sind wir fündig geworden (Chlorhaltige Verbindungen) und entschieden uns bezüglich der Sicherheit für eine Monelverbindung, die beständig gegen Fluor, Fluorwasserstoffverbindungen sind. Oxidationen aus dem Bereich sind nicht zu erwarten.

In einem Versuch konnten wir relativ genau das Temperaturprofil (auch in guter Zeit von 20min) ohne den Einsatz von Fluor und deren Verbindungen erreichen. Es fehlte zu dem Zeitpunkt natürlich noch das Verhalten mit großen Kunststoffmengen im Prozess. Mit der Temperatur von 71 – 73°C kann ohne Zweifel ein großer praktischer Versuch mit einer vollen Ladung in der Vakuumkammer durchgeführt werden.

Kunststoff-Sulfonierung für galvanische Prozesse (KUSO3) als Eratz für Chrom-VI-Anwendungen

Kennzeichen 170757

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